Geopolymere auf AA Flugaschenbasis

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1 Geopolymere auf AA Flugaschenbasis František Škvára, Tomáš Jílek, Lubomír Kopecký x Institut für Glas u. Keramik, Universität für Chemie und Technologie, CZ Praha 6, Technická 5, Tschechische Republik X Lehrstuhl für Baumechanik, Technische Universität, CZ Praha 6, Thákurova 5, Tschechische Republik Einleitung Kraftanlagen-Abfall-Flugaschen (neben dem Abfall-Gipsstein) ist in der Tschechischen Republik enorm riesig (>1 Mio. t/jahr). Die Verwertung von den Aschen ist nicht vollständig, erheblicher Teil dieser Stoffe endet auf den Deponien oder wird mit dem Abfall-Gipsstein vermischt und weiter deponiert. Neu ist die Idee einer Ausnutzung von den Abfall-Aschen durch alkalische Aktivierung auf die geopolymeren Stoffe. Ausgangkomponente Flugasche (Tschechische Republik) %w. SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 K 2 O Na 2 O TiO 2 P 2 O 5 Flugasche Zusatzstoffe: Portland Zement CEM II 42.5 Rauchgips (> 95% of CaSO 4.2H 2 O) gemahltener Kalkstein u. dolomitischer Kaklstein ( m 2 /kg) Zuschlag: Sand ( - 2 mm), Kies (4 8, 8-16 mm) Kalkstein ( - 4 mm)

2 Vorbereitung von AA Flugaschen Flugasche event. gemahlene Mischen mit alkalischem Aktivator Lösung NaOH (KOH) + Na(K) Silicate (WG) Ms =,6 1,2 Na(K) 2 O =6-1% w/c=,27,35 Sand, Kies usw. Lagerung in offene Atmosphäre Temperierung bei 25 9 o C 4 24 Stunde Mikrostruktur von AA Flugaschen Reste von Flugasche Geopolymer Reste von Flugasche Geopolymer Produkt der alkalischen Aktivation von Flugaschen Zeolitischer Prekurzor M n {-(Si-O) Z -Al-O} N.wH 2 O (3D-Geopolymer)

3 Mikrostruktur von AA Flugaschen Luftporen Flugasche Reste von Flugasche Porosität Luftporen Luftporen+Reste von Flugasche Geopolymer Na Aluminosilikate (ED Analyse) Detail Mikrostruktur von AA Flugaschenbeton Zuschlagskorn Geopolymer Makroporen Zuschlagskorn Geopolymer (Opt.Mikr.) Makroporen (SEM Aufnahme)

4 Die Eigenschaften der AA Flugaschen - der Geopolymere - sind von mehreren Faktoren abhängig: Wassergehalt in der Mischung (Paste, Mörtel oder Beton) Na 2 O/SiO 2 u. Σ Na 2 O in Aktivator Verhältnis SiO 2 :Al 2 O 3 : CaO (MgO) in Flugasche Gehalt von Ca in Flugasche und in der Mischung Zusammensetzung der Füllstoffe Temperierung (Temperatur u. Zeit) Feuchtigkeitsbedingungen während Temperierung (hydrothermale oder offene Atmosphäre?) Optimierung der Vorbereitung Fly ash Opatovice, mortar w=.3 Ms= 1.43, 7.2% of Na2O, 2 fraction of sand 2 day strength in MPa Fly ash Opatovice, mortar w=.3 st.c 12 hod., 2 fraction of sand 2 days strength in MPa Temperature (oc) % of Na2O Time (hours) Ms Optimum

5 AA Flugasche u. Schlacke Flugasche : Schlacke =.5 hydrotermale Bedingungen (1 St. o C + x Tage) Druckfestigkeit (MPa) Porosität 2% Flugasche 21,Schlacke 3m2/kg Flugasche 59,Schlacke 5 m2/kg 2 28 Tage 21 3 AAFa + Ca haltige Stoffe Kalkstein,, PZ AAFa + gem. Kalkstein (Mörtel, Sand 1:1.5, w =.32) 12 St. o C AAFa + SPC Lochkov (Mörtel 1:1.5, w =.32) 12 St. o C Druckfestigkeit (MPa) % 1% gem.kalkstein, Ms=1.6, 7.7%Na2O 1%gem. Kalkstein, Ms=1.43, 7.2%Na2O 1% gem.dol.kalkstein, Ms=1.6, 7.7%Na2O Druckfestigkeit (MPa) % 1% SPC Lochkov, Ms=1.6, 7:7%Na2O 1% SPC Lochkov, Ms=.7, 8.3%Na2O 1% SPC Lochkov, Ms=1.43, 7.1%Na2O 5% SPC Lochkov, Ms=1.3, 8%Na2O Tage Kalkstein Tage SPZ Einfluss der Ca-haltigen Stoffe

6 Korrosion der AA Flugaschen Strength (MPa) 3 1 3days 5 days 7 days NaCl Na2SO4 MgSO4 NaCl Lösung (164g/dm 3 ) 7 Expositionstage Na 2 SO 4 Lösung (44g/dm 3 ) MgSO 4 Lösung (5g/dm 3 ) Konzentration der Lösungen nach EN6-1 für PZ Korrosion der AA Flugaschen Eindringung Cl - and SO 4 2- in AAFa Geopolymer EPMA S (wt.%) 2 1,5 1 Na2SO4 (1,5 year) Na2SO4 (2 years) MgSO4 (1 year) MgSO4 (1,5 year), Depth (mm) Cl- (wt.%) ,5 year 2 years Depth (mm)

7 Hochtemperatureigenschaften der AA Flugaschen AA Flugasche, Mörtel, w=,3 Festigkeit (MPa) 3 1 T.5 = 63 o C Temperature (oc) Festigkeiten nach 2 St. Brennen Hochtemperatureigenschaften der AA Flugaschen 1 o C (Gegenwart der Schmelze) 3 o C(ohne Zerlegung)

8 Frosttauwiderstand der AA Flugaschen Druckfestigkeit(MPa) Mörtel Mörtel +5% PZ Mörtel +gem. Kalkstein Mörtel + Kalkstein Mörtel + LuftporenbildnerA Mörtel + LuftporenbildnerB Mörtel + LuftporenbildnerC 1 Jahr 1 Tage 28 Tage nach 1 Cyklen Frosttauwiderstand der AA Flugaschen Nach 1 Frosttaucyklen

9 Zusammenfassung Die AA-Bindesmittel die Geopolymere - sind neue Stoffe und stehen an der Grenze zwischen den klassischen anorganischen Bindestoffen, glasigen Stoffen und keramischen Stoffen. Bei der Synthese von den alkalisch aktivierten Stoffen benötigt man keinen Ausbrand. Deshalb kann man diese Stoffe als keramische oder glasige Stoffe verstehen, die kalt bearbeitet werden. Die Geopolymere auf der Basis von den Flugaschen weisen nicht nur hohe Festigkeiten auf, sondern haben auch weitere positive Beschaffenheiten, wie die Beständigkeit gegen aggressive Saltlösungen, die Warmbeständigkeit bis o C und hohe Frosttauwiderstand. Der qualitative Unterschied bei der Korrosionverlauf der AAFlugaschen und des Portlandzements. Die AA-Stoffe haben ein bedeutendes Gebrauchspotential mit einer deutlichen ökologischen Auswirkung (Recycling anorganischer Abfälle). Die erreichten Eigenschaften der AA-Aschen überwinden die Eigenschaften der normalen Portlandzemente. und Forschungsprojekt Diese Ergebnisse sind Teil des Forschungsprojekts CEZ:MSM (Ministerium für Erziehung,Jugend u.sport) CEZ:MSM : Preparation and research of functional materials and material technologies using micro- and nanoscopic methods Grant Agency of Czech Republic 13/5/2314 Mechanical and engineering properties of geopolymer materials based on alkali-activated activated ashes.